玉米油和大豆油回色關(guān)鍵因素及控制措施研究

尤夢圓, 陳 焱, 劉芯羽, 李世磊, 李曉龍，王翔宇, 王風(fēng)艷

(中糧營養(yǎng)健康研究院有限公司；營養(yǎng)健康與食品安全北京市重點(diǎn)實(shí)驗室；老年營養(yǎng)食品研究北京市工程實(shí)驗室1，北京 102209) (江蘇省現(xiàn)代糧食流通與安全協(xié)同創(chuàng)新中心2，南京 210023)

成品油在儲存、運(yùn)輸和使用等過程中色澤逐漸加深呈現(xiàn)明顯紅色的現(xiàn)象稱為回色?；厣珕栴}普遍存在，其中以玉米油最為典型，其次是大豆油。近年來也有學(xué)者通過研究，證實(shí)β-胡蘿卜素和甾醇不會對油脂回色造成影響，磷脂雖能加深油脂顏色[1，2]，但也不是造成油脂發(fā)生回色可逆變化的影響因素[3]，而原料水分、金屬離子及生育酚與回色密切相關(guān)[4]。學(xué)界普遍認(rèn)為回色油脂中的紅色物質(zhì)主要成分是生育酚氧化后的醌類化合物[5-7]，但至今紅色物成分尚無定論，回色機(jī)理也不明確。在控制回色方面也有很多研究報道，如通過高溫瞬時蒸汽處理鈍化酶活性，延緩γ-生育酚的氧化，以期達(dá)到延緩回色目的[8]；通過高溫高壓水蒸汽處理破碎的玉米胚芽，以期制備不易回色的玉米毛油[9]；通過陽離子交換樹脂處理油樣，吸附相關(guān)色原體，以期達(dá)到延緩回色的目的[10]；通過添加抗氧化劑TBHQ以控制回色現(xiàn)象的發(fā)生等[11]。生產(chǎn)中仍然缺少簡單可行、效果顯著的控制措施。

學(xué)界普遍認(rèn)同回色現(xiàn)象與γ-生育酚氧化或油脂氧化有關(guān)，γ-生育酚氧化產(chǎn)物眾多，如5,6-鄰醌-γ-生育酚(俗稱生育紅)、5-(γ-氧化生育酚基-5＇)-γ-生育酚(簡稱γ-TED)、5-(γ-生育酚基-5＇)-γ-生育酚(簡稱γ-TBD)等，表征油脂氧化程度的指標(biāo)也較多，如過氧化值、全氧化值、丙二醛、共軛三烯、共軛四烯及氧化甘油三酯及其聚合物等，但具體何種指標(biāo)影響了成品油的回色程度鮮見相關(guān)報道。

本實(shí)驗圍繞表征油脂氧化的眾多指標(biāo)進(jìn)行檢測分析，脫臭油的全氧化值與回色程度密切相關(guān)，甚至決定了回色程度?；谝陨弦?guī)律，通過測定成品油的全氧化值即可快速判斷其回色程度，為后續(xù)產(chǎn)品選擇銷售方式提供參考。聚焦影響成品油回色的關(guān)鍵因素，圍繞控制油脂的全氧化值，提出簡單可行的且便于工業(yè)生產(chǎn)的控制措施以減少油脂回色現(xiàn)象的發(fā)生。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗與試劑

分子蒸餾玉米油、脫色玉米油、脫臭玉米油、大豆油、抗壞血酸棕櫚酸酯(AP)、生育酚標(biāo)準(zhǔn)品。

丙酮、溴酚藍(lán)、氧化鋅、氫氧化鉀、濃硫酸、鉬酸鈉、硫酸聯(lián)氨、磷酸二氫鉀均為分析純試劑；硝酸為優(yōu)級純試劑；鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液，氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液。

1.2 儀器與設(shè)備

Lovibond PFX-i羅維朋比色儀，UV-1900i紫外分光光度計，脫臭設(shè)備(定制)，脫色、脫臭設(shè)備(組裝)。

1.3 實(shí)驗方法

1.3.1 脫臭油的制備

關(guān)閉冷肼通氣口，打開冷肼開關(guān)，設(shè)置溫度至-50 ℃。待溫度降至設(shè)定溫度時，打開真空泵。稱取500 g的脫色玉米油置于2 L燒瓶中，插入溫度感應(yīng)器，關(guān)閉所有活塞，保證密閉環(huán)境。待冷肼溫度降至設(shè)定溫度-50 ℃時，打開真空泵并打開與燒瓶連接的閥門，保證燒瓶中的真空環(huán)境。按照實(shí)驗計劃設(shè)置脫臭溫度，待玉米油樣品溫度升至140 ℃時，緩慢打開水蒸氣旋鈕，使圓底燒瓶中的玉米油樣品呈現(xiàn)飛濺狀態(tài)。待樣品溫度升至設(shè)定溫度時，記錄蒸餾水的液面高度，通過調(diào)節(jié)閥門大小和水蒸氣溫度來控制水蒸氣用量。到達(dá)脫臭時間后，關(guān)閉水蒸氣閥門，移開加熱套，待油溫降至60 ℃時，打開通氣閥，關(guān)閉真空泵的連接閥門。依次關(guān)閉真空泵開關(guān)和冷肼開關(guān)，打開冷肼通氣口。將圓底燒瓶中的脫臭油轉(zhuǎn)移至樣品瓶中待測。

1.3.2 回色實(shí)驗

將脫臭玉米油置于133.4 mm光程的比色槽中，調(diào)節(jié)紅、黃、白值至色板顏色與油脂樣品一致，記錄紅、黃、白值，即為該樣品的初始色澤R0。再稱取100 g脫臭油于250 mL錐形瓶中，放入105 ℃，6 h后取出錐形瓶，冷卻至室溫，再測其色澤，即為回色后的色澤R1，回色程度ΔR即為回色后色澤R1與初始色澤R0的差值，因紅黃值多為1∶10的關(guān)系，此處直接用紅值代表色澤深淺。

1.3.3 抗壞血酸棕櫚酸酯(AP)添加實(shí)驗

根據(jù)羅維朋比色法測定樣品初始色澤，再分別稱取0、5、10、15、20 mg AP溶解于5份20 mL乙醇溶液中。稱取5份100 g脫臭玉米油分別置于250 mL錐形瓶中，將上述乙醇溶液添加至玉米油樣品中，在70 ℃條件下超聲10 min以脫除乙醇。將樣品置于105 ℃烘箱中，加熱6 h，取出冷卻值室溫，測定加熱后的樣品色澤。

1.3.4 充氮實(shí)驗

根據(jù)羅維朋比色法測定樣品初始色澤，再分別稱取9份100 g脫臭玉米油分別置于250mL螺口瓶中。使用高純氮?dú)膺M(jìn)行充氮，氮?dú)獾牧髁恳暂p微攪動樣品液面但又不引起樣品飛濺為宜并保持一致，充氮時間分別為10 s、20 s、30 s、1 min、3 min、5 min、7 min、9 min。充氮結(jié)束后旋緊螺口瓶蓋，并將樣品置于105 ℃烘箱中，加熱6 h，取出冷卻至室溫，測定加熱后的樣品色澤。

1.3.5 指標(biāo)測定

過氧化值的測定方法根據(jù)GB 5009.227—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中過氧化值的測定》中第一法“滴定法”進(jìn)行測定。稱取2 g樣品于250 mL碘量瓶中，加入30 mL三氯甲烷-冰乙酸混合液，使樣品充分溶解。準(zhǔn)確加入1.00 mL飽和碘化鉀溶液，塞緊震搖30 s，并在暗處放置3 min。取出加100 mL水，搖勻后立即用硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，至淡黃色時，加1 mL 淀粉指示劑，繼續(xù)滴定并強(qiáng)烈震搖至溶液藍(lán)色消失為終點(diǎn)。同時做空白實(shí)驗，經(jīng)計算得過氧化值。結(jié)果用每千克樣品中活性氧的毫摩爾數(shù)(mmol/kg)表示。

茴香胺值按照 GB/T 24304—2009《動植物油脂 茴香胺值的測定》進(jìn)行測定。稱取1 g樣品置于25 mL容量瓶中。用10 mL 異辛烷溶解，并稀釋至刻度。用移液管吸取5 mL測試溶液于具塞試管中，用移液管加1 mL 茴香胺試劑，蓋上塞子并充分搖動。在暗處放置8 min。在2 min內(nèi)將溶液轉(zhuǎn)移到趕緊的比色皿中。從添加茴香胺試劑計時，反應(yīng)時間總計(10±1)min，隨即測定吸光度值。同時測定未反應(yīng)溶液和空白溶液吸光度值，經(jīng)計算即可得出樣品茴香胺值。

生育酚含量按照GB 5009.82—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中維生素A、D、E的測定》第二法進(jìn)行測定。稱取1 g樣品至10 mL容量瓶中，加入正己烷定容至刻度。過0.22 μm有機(jī)系濾頭于進(jìn)樣瓶中。流動相∶正己烷∶異丙醇=98.5∶1.5；流速：1 mL/min。試樣液經(jīng)高效液相色譜儀分析，測得峰面積，采用外標(biāo)法通過標(biāo)準(zhǔn)曲線計算濃度。樣品中生育酚含量以每千克樣品中毫克數(shù)(mg/kg)表示。

1.4 統(tǒng)計分析

采用SPSS 17.0 軟件進(jìn)行實(shí)驗數(shù)據(jù)的差異性分析，P<0.05表示顯著性差異。圖表采用Excel 2007及origin 2022進(jìn)行繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 回色程度與生育酚損失量

回色程度與總生育酚損失量的關(guān)系如圖1所示。

圖1 回色程度與生育酚損失量的關(guān)系

從分子蒸餾的二級塔和三級塔的輕相中取出玉米油樣品，置于實(shí)驗室貨架上。60 d后，12個玉米油樣品均發(fā)生了明顯的色澤變化。測定其色澤變化和生育酚的損失量，發(fā)現(xiàn)二者呈現(xiàn)良好的相關(guān)性R2=0.853 1。當(dāng)油脂的紅值變化0.3時，其色澤的差異就能被明顯感知。從圖1可以看出，微量的生育酚的損失就能引起油脂色澤的明顯變化，如1#樣品生育酚損失12 mg/kg，紅值上升1.6，2#樣品生育酚損失29 mg/kg，紅值則上升了1.3。

與文獻(xiàn)報道類似，在該批次回色的油脂中各單體生育酚均有不同程度的損失[12-15]。因在回色過程中，4種生育酚均以一定的速率減少，因此，總生育酚含量與回色程度間也呈現(xiàn)了一定的相關(guān)性。分析了α-生育酚，β-生育酚、γ-生育酚和δ-生育酚損失量與回色程度間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)隨著回色現(xiàn)象的發(fā)生，除β-生育酚(因其初始含量低，加上檢測誤差，損失量出現(xiàn)了多個負(fù)值)外，另外3種生育酚單體的損失量均與回色程度呈正相關(guān)，但相關(guān)性最好的是γ-生育酚，這與文獻(xiàn)報道的回色與γ-生育酚氧化有關(guān)的論斷一致。生育酚單體的損失量與回色程度的關(guān)系見表1。

表1 生育酚單體的損失量與回色程度的關(guān)系

2.2 回色程度與過氧化值的變化

回色程度與過氧化值變化量的關(guān)系如圖2所示。

圖2 回色程度與過氧化值變化量的關(guān)系

回色的過程中，隨著油脂紅值的增加，過氧化值也呈現(xiàn)一定的上升趨勢。雖然過氧化值是眾多油脂氧化指標(biāo)中的一個，但過氧化值的上升也表明了回色過程伴隨著油脂的氧化。有研究者從回色的物質(zhì)中分離鑒定出了含羥基的的氧化甘油三酯和γ-生育醌[16]，這二者分別是甘油三酯和生育酚的氧化產(chǎn)物。結(jié)合圖1和圖2，回色過程的確伴隨著γ-生育酚和甘油三酯的氧化。

2.3 影響油脂回色的關(guān)鍵指標(biāo)

γ-生育酚方面，玉米油和大豆油中均含有大量的γ-生育酚，溫運(yùn)啟等[17]研究發(fā)現(xiàn)玉米油的γ-生育酚含量在425.4～425.4 mg/kg之間，大豆油的γ-生育酚含量在495.2 ～799.1 mg/kg之間。玉米油的γ-生育酚含量甚至略低于大豆油的，但玉米油卻是所有油脂品種中回色最嚴(yán)重的。之前的研究也表明幾乎所有的玉米油均發(fā)生回色現(xiàn)象，回色率甚至達(dá)到了95.6%；同時玉米油的回色程度也是所有油種中最大的。其次才是大豆油，其回色率為66.4%[18-20]，回色程度也低于玉米油。少量γ-生育酚的損失即會引起顏色的明顯變化，因此對玉米油和大豆油而言，γ-生育酚含量高，不是影響回色的限制性因素。

甘油三酯氧化方面，通常使用過氧化值來表征油脂的氧化程度。但如果油脂氧化程度加深，氫過氧化物分解，此時過氧化值不能準(zhǔn)確地衡量油脂的氧化程度。在油脂加工過程中，為了較完善地表達(dá)油脂的氧化程度，通常使用全氧化值這一指標(biāo)，即全氧化值=茴香胺值+2×過氧化值[21]。

從工廠獲取了7個新鮮的脫臭大豆油和13個脫臭玉米油，進(jìn)行檢測分析。玉米油和大豆油全氧化值水平分析如圖3所示。從圖3可以看出，大豆油的全氧化值普遍在1～4之間，而玉米油的全氧化值則基本在3～7之間，玉米油的全氧化值水平普遍高于大豆油的。

圖3 玉米油和大豆油全氧化值水平分析

圍繞玉米脫臭油和大豆脫臭油的生育酚含量和氧化指標(biāo)進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)與回色程度相關(guān)性較好的是全氧化值。即在γ-生育酚充足的情況下，脫臭油的全氧化值越高，油脂越容易回色。玉米油和大豆油的全氧化值與回色程度的關(guān)系如圖4所示。

圖4 玉米油和大豆油的全氧化值與回色程度的關(guān)系

將玉米油和大豆油兩種不同品類的油脂放在一起分析，成品油的全氧化值與其回色程度相關(guān)性也很好，R2達(dá)到了0.810 8。雖然大豆油的全氧化值普遍較低，回色程度較小，但當(dāng)其原料、加工工藝等條件導(dǎo)致成品油的全氧化值上升時，其回色程度也隨之加劇，如大豆油樣品(全氧化值=7.07，ΔR=2.5)?；厣^程伴隨著油脂的氧化和γ-生育酚的氧化，但玉米油和大豆油成品的氧化程度即初始全氧化值卻決定了其儲存期間的回色程度。玉米油和大豆油成品的γ-生育酚含量水平相當(dāng)，但全氧化值差別較大，二者回色程度也呈現(xiàn)明顯差距。從全氧化值角度分析，便明確了為何發(fā)生回色現(xiàn)象最普遍、回色程度最明顯的是玉米油，而非大豆油。因此，影響玉米油和大豆油回色程度的關(guān)鍵因素是全氧化值。

2.4 回色控制措施

2.4.1 脫臭工藝對脫臭油回色程度的影響

在油脂精煉過程中，甘油三酯的氧化產(chǎn)物不易受脫膠，中和工段的酸、堿處理的影響；脫色過程由于活性白土的催化作用，初級氧化產(chǎn)物急劇向二級氧化產(chǎn)物轉(zhuǎn)變，氧化產(chǎn)物仍存在于油脂體系中；脫臭過程能脫除游離脂肪酸，發(fā)揮熱脫色效果，氧化產(chǎn)生的小分子醛、酮及不飽和碳?xì)浠衔锏任镔|(zhì)也會在高溫和高真空條件下借助水蒸汽蒸餾被脫除[22，23]。脫臭過程能減少成品油中氧化產(chǎn)物的含量，降低全氧化值，利于提高油脂的色澤穩(wěn)定性。以脫臭過程中的重要工藝參數(shù)：脫臭溫度、蒸汽量和脫臭時間為考察因素，通過檢測脫臭油的全氧化值和回色程度的變化程度，考察各因素對脫臭油的影響。正交實(shí)驗因素與水平見表2，脫臭正交實(shí)驗見表3，脫臭油全氧化值方差分析見表4。

表2 正交實(shí)驗因素與水平

表3 脫臭正交實(shí)驗

表4 脫臭油全氧化值方差分析

由表4可知，3個因素對脫臭油全氧化值影響大小順序依次為A>C>B，即脫臭溫度>脫臭時間>蒸汽量，其中脫臭溫度對脫臭油的全氧化值影響顯著。各因素對全氧化值影響趨勢圖如圖5所示，各因素對回色程度影響趨勢圖如圖6所示。

圖5 各因素對全氧化值影響趨勢圖

圖6 各因素對回色程度影響趨勢圖

從圖5和圖6可以看出，對脫臭油的全氧化值和回色程度影響最大的是脫臭溫度，脫臭溫度越高，脫臭油的全氧化值越低，其回色程度也越小。但脫臭溫度過高，脫臭時間過長，對營養(yǎng)素的保留不利，因此在實(shí)際生產(chǎn)中，可以根據(jù)油脂品質(zhì)和內(nèi)控要求進(jìn)行脫臭參數(shù)的優(yōu)化和調(diào)整，兼顧成品油的色澤穩(wěn)定性和營養(yǎng)物質(zhì)的保留。選擇270 ℃，90 min，水蒸氣用量15%進(jìn)行重復(fù)實(shí)驗，該脫臭油回色程度為1.6，即在優(yōu)化條件下，脫臭油回色程度能由3.1降至1.6。

2.4.2 成品油抗氧化措施對回色程度的影響

抑制回色的重要措施就是控制氧化，成品油在儲存期間的抗氧化至關(guān)重要?？箟难嶙貦八狨?AP)是一種氧淬滅劑，也是一種可用于嬰兒配方食品的抗氧化劑。AP在被氧化形成自由基時，自身能發(fā)生歧化反應(yīng)，從而消除自由基，而不去進(jìn)攻甘油三酯奪取氫離子[24]。GB 2760中規(guī)定油脂中的最大使用量為0.2 g/kg。以脫臭油為原料，分別添加50、100、150、200 mg/kg的AP。添加抗壞血酸棕櫚酸酯(AP)與回色程度的關(guān)系如圖7所示。與對照組相比，添加AP后成品油的回色程度更低，回色后的樣品的全氧化值也更低，可見，添加AP能抑制油脂氧化，同時有效降低回色程度。添加150 mg/kg的AP時即表現(xiàn)出了較好的抑制回色的作用；添加200mg/kg的AP，回色程度降至1.8。

注：圖中不同字母表示差異顯著。余同。圖7 添加抗壞血酸棕櫚酸酯與回色程度的關(guān)系

氮?dú)獾幕瘜W(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不會與油脂發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用油脂精煉和成品油儲存過程中，具有成本低、效果好、安全性高的特點(diǎn)。利用高純氮?dú)饽軐⒂椭械难鯕馀懦?，同時將油脂與氧氣進(jìn)行隔離，從而有效地避免油脂被氧化。充氮是非常有效的防止油脂氧化的措施之一，對抑制回色也有很明顯的效果。充氮對控制回色效果如圖8所示。充氮時間越長，充氮越充分，油脂中含氧量越少，其抑制回色的效果越明顯，回色后樣品的全氧化值也越低。對照組回色程度為2.2，經(jīng)充分充氮后回色程度可降低至0.4，降幅達(dá)81.8%。但充氮措施對油脂抗氧化的保護(hù)局限于油脂產(chǎn)品包裝開封前，一旦開啟容器包裝，氧氣將容器中的氮?dú)庵脫Q出來，氮?dú)饩褪チ烁艚^氧氣的作用。因此，可將充氮和添加抗氧化劑AP的措施組合使用，可更大限度地保證油脂產(chǎn)品在貨架期和使用階段的色澤穩(wěn)定性。

圖8 充氮對控制回色效果

3 結(jié)論

通過篩選表征油脂氧化程度的指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)成品油的全氧化值與回色程度高度相關(guān)。對于玉米油和大豆油而言，其γ-生育酚含量是充足的，油脂的氧化程度即全氧化值才是決定回色程度的關(guān)鍵因素。

以全氧化值和回色程度為考察指標(biāo)，進(jìn)行脫臭工段參數(shù)的優(yōu)化。脫臭溫度對全氧化值和回色程度的影響最大，提高脫臭溫度，能有效脫除小分子的醛酮類化合物，減少成品油中的氧化產(chǎn)物含量，降低成品油的全氧化值，回色程度可由3.1降至1.6，從而降低成品油的回色程度。儲存期間，抑制回色的關(guān)鍵就是控制氧化，對成品油采取添加抗氧化劑(AP)或充氮的保護(hù)措施，最高可降低81.8%的回色程度，因此成品油的抗氧化保護(hù)也是抑制油脂回色的有效措施。